WO2005112149A1 - Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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WO2005112149A1
WO2005112149A1 PCT/JP2005/001500 JP2005001500W WO2005112149A1 WO 2005112149 A1 WO2005112149 A1 WO 2005112149A1 JP 2005001500 W JP2005001500 W JP 2005001500W WO 2005112149 A1 WO2005112149 A1 WO 2005112149A1
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lithium compound
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negative electrode
secondary battery
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PCT/JP2005/001500
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Shinichi Musha
Hitohiko Honda
Masahiro Hyakutake
Kiyotaka Yasuda
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Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
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Abstract

A negative electrode (10) comprising a pair of current collecting surface layers (4a, 4b) respectively serving as the front and rear surface, and an active material layer (3) interposed between the surface layers. The surface layers (4a, 4b) contain an element (6) having low lithium compound-forming power, and an element (5) having high lithium compound-forming power. They have no thick film conductor for current collection. The element (5) having high lithium compound-forming power contained in the surface layers (4a, 4b) is pulverized due to the charge/discharge, thereby causing cracks to cause cracking in the surface layers. The cracks propagate in the thickness direction of the surface layers and reach the active material layer (3), thereby forming many micropores (7) which enable permeation of the electrolyte.

Description

明 細 書  Specification
非水電解液二次電池用負極  Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、非水電解液二次電池用負極に関する。更に詳しくは集電性が高ぐま たリチウムイオンの吸脱蔵に起因する活物質の脱落が防止されサイクル寿命が向上 し、更にエネルギー密度の高い非水電解液二次電池を得ることができる負極に関す る。  The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, a negative electrode capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high current collecting property, preventing fall of an active material due to absorption and desorption of lithium ions, improving cycle life, and further increasing energy density. About.
背景技術  Background art
[0002] 銅などの Liと合金化しない金属力 なる集電体層の上に、スズなどの Liと合金化す る金属力 なる活物質層が設けられたリチウムイオン二次電池用負極において、該 活物質層上に、 Liと合金化しない金属からなる表面被覆層、又は Liと合金化しない 金属と Liと合金化する金属との合金からなる表面被覆層を設けることが提案されてい る (特許文献 1参照)。この特許文献によれば、活物質層の表面と電解液との反応を 、この表面被覆層により抑制することができるので、活物質層表面の劣化を抑制する ことができ、充放電サイクル特性を向上させることができるとされて!/、る。  [0002] In a negative electrode for a lithium ion secondary battery, an active material layer having a metal force such as tin, which is alloyed with Li, is provided on a current collector layer having a metal force which does not alloy with Li such as copper. It has been proposed to provide a surface coating layer made of a metal that does not alloy with Li or a surface coating layer made of an alloy of a metal that does not alloy with Li and a metal that alloys with Li on the active material layer (Patent Reference 1). According to this patent document, the reaction between the surface of the active material layer and the electrolytic solution can be suppressed by the surface coating layer, so that the deterioration of the active material layer surface can be suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics can be improved. Being able to improve! /
[0003] し力しこの電極における表面被覆層は、活物質層上を薄く島状に被覆しているだけ なので、活物質層のかなりの領域は電極の表面に露出し、電解液と直接接している。 従って、充放電に伴う Liの吸脱蔵に起因する活物質の膨張収縮によって該活物質 が電極力 脱落しやすい。  [0003] Since the surface coating layer of this electrode only covers the active material layer in a thin island shape, a considerable area of the active material layer is exposed on the surface of the electrode and comes into direct contact with the electrolyte. ing. Therefore, the active material is liable to lose its electrode force due to expansion and contraction of the active material due to the absorption and desorption of Li accompanying charge and discharge.
[0004] 特許文献 1 :US2002Z0168572A1  [0004] Patent Document 1: US2002Z0168572A1
発明の開示  Disclosure of the invention
[0005] 従って本発明の目的は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る非水 電解液二次電池用負極を提供することにある。  [0005] Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can solve the above-described various disadvantages of the related art.
[0006] 本発明は、電解液と接し且つ導電性を有する表裏一対の集電用表面層と、該表面 層間に介在配置された、リチウム化合物の形成能の高!、活物質の粒子を含む活物 質層とを備え、少なくとも一方の表面層がリチウム化合物の形成能の低 、元素及びリ チウム化合物の形成能の高い元素を含んで構成されており、また集電用の厚膜導電 体を有していないことを特徴とする非水電解液二次電池用負極を提供することにより 前記目的を達成したものである。 [0006] The present invention includes a pair of front and back current collecting surface layers which are in contact with an electrolytic solution and have conductivity, and have a high lithium compound forming ability and active material particles interposed between the surface layers. An active material layer, at least one surface layer of which is composed of an element having a low ability to form a lithium compound and an element and an element having a high ability to form a lithium compound. The object has been achieved by providing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which has no body.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0007] [図 1]図 1は、本発明の負極の一実施形態の断面構造を示す模式図である。  FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of one embodiment of a negative electrode of the present invention.
[図 2]図 2 (a)—図 2 (c)は、図 1に示す負極の要部を拡大して示す模式図である。  [FIG. 2] FIG. 2 (a) -FIG. 2 (c) are schematic views showing an enlarged main part of the negative electrode shown in FIG.
[図 3]図 3 (a)—図 3 (f)は、図 1に示す負極の製造方法の一例を示す工程図である。  3 (a) to 3 (f) are step diagrams showing an example of a method for producing the negative electrode shown in FIG. 1.
[図 4]図 4は、本発明の負極の別の実施形態の断面構造を示す模式図である。  FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the negative electrode of the present invention.
[図 5]図 5 (a)—図 5 (i)は、図 4に示す負極の製造方法の一例を示す工程図である。  FIG. 5 (a) to FIG. 5 (i) are process diagrams showing an example of a method for producing the negative electrode shown in FIG.
[図 6]図 6は、表面層及び微細空隙が形成される状態を示す模式図である。  FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which a surface layer and fine voids are formed.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0008] 以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図 1 には、本発明の負極の一実施形態の模式図が示されている。本実施形態の負極 10 は、電解液と接する表裏一対の面である第 1の面 la及び第 2の面 lbを有している。 電極 10は、両面間に活物質の粒子 2を含む活物質層 3を備えている。活物質層 3は 、該層 3の各面にそれぞれ形成された一対の集電用表面層 4a, 4bによって連続的 に被覆されている。各表面層 4a, 4bは、第 1の面 la及び第 2の面 lbをそれぞれ含ん でいる。また図 1から明らかなように電極 10は、従来の電極に用いられてきた集電体 と呼ばれる集電用の厚膜導電体 (例えば厚さ 8— 程度の金属箔ゃエキスパン ドメタル)を有していない。  Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode of the present invention. The negative electrode 10 of the present embodiment has a first surface la and a second surface lb that are a pair of front and back surfaces that are in contact with the electrolytic solution. The electrode 10 has an active material layer 3 containing active material particles 2 between both surfaces. The active material layer 3 is continuously covered by a pair of current collecting surface layers 4 a and 4 b formed on each surface of the active material layer 3. Each surface layer 4a, 4b includes a first surface la and a second surface lb, respectively. As is clear from FIG. 1, the electrode 10 has a current collector thick film conductor (for example, a metal foil with a thickness of about 8 mm—expanded metal) called a current collector used in conventional electrodes. I haven't.
[0009] 集電用表面層 4a, 4bは、本実施形態の負極 10における集電機能を担っている。  [0009] The current collecting surface layers 4a and 4b have a current collecting function in the negative electrode 10 of the present embodiment.
また表面層 4a, 4bは、活物質層 3に含まれる活物質が電極反応によって膨張及び Z又は収縮することに起因して脱落することを防止するためにも用いられて 、る。  The surface layers 4a and 4b are also used to prevent the active material contained in the active material layer 3 from dropping due to expansion and Z or contraction due to an electrode reaction.
[0010] 各表面層 4a, 4bは、従来の電極に用いられている集電用の厚膜導電体よりもその 厚みが薄いものである。具体的には 0. 3— 20 m程度、特に 0. 3— 10 m程度、と りわけ 0. 5— 5 m程度の薄層であることが好ましい。これによつて、必要最小限の厚 みで活物質層 3をほぼ満遍なく連続的に被覆することができる。その結果、活物質の 粒子 2の脱落を防止することができる。またこの程度の薄層とすること、及び集電用の 厚膜導電体を有して ヽな ヽことで、負極全体に占める活物質の割合が相対的に高く なり、単位体積当たり及び単位重量当たりのエネルギー密度を高めることができる。 従来の電極では、電極全体に占める集電用の厚膜導電体の割合が高力つたので、 エネルギー密度を高めることに限界があった。前記範囲の薄い表面層 4a, 4bは、後 述するように電解めつきによって形成されることが好ましい。なお 2つの表面層 4a, 4b はその厚みが同じでもよぐ或いは異なっていてもよい。また 2つの表面層 4a, 4bの 構成材料は同じでもよぐ或いは異なっていてもよいが、少なくとも一方の表面層が、 後述するように、リチウム化合物の形成能の低!、元素及びリチウム化合物の形成能 の高い元素を含んで構成されていることが必要である。一方の表面層が、リチウム化 合物の形成能の低 ヽ元素及びリチウム化合物の形成能の高!ヽ元素を含んで構成さ れている場合、他方の表面層は、リチウム化合物の形成能の低い元素力 なることが 好ましい。好ましくは 2つの表面層 4a, 4b力 リチウム化合物の形成能の低い元素及 びリチウム化合物の形成能の高 、元素を含んで構成されて 、る。 [0010] Each of the surface layers 4a and 4b is thinner than a thick-film conductor for current collection used in a conventional electrode. Specifically, it is preferably a thin layer of about 0.3 to 20 m, particularly about 0.3 to 10 m, especially about 0.5 to 5 m. Thereby, the active material layer 3 can be coated almost uniformly and continuously with a minimum thickness. As a result, it is possible to prevent the particles 2 of the active material from falling off. In addition, by using such a thin layer and having a thick-film conductor for current collection, the ratio of the active material in the entire negative electrode is relatively high. Thus, the energy density per unit volume and per unit weight can be increased. In the conventional electrode, the ratio of the thick film conductor for current collection to the entire electrode was high, so there was a limit in increasing the energy density. The thin surface layers 4a and 4b in the above range are preferably formed by electrolytic plating as described later. The two surface layers 4a, 4b may have the same thickness or different thicknesses. The constituent materials of the two surface layers 4a and 4b may be the same or different, but at least one of the surface layers has a low ability to form a lithium compound, It must be composed of elements that have high formability. When one surface layer is composed of an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound, the other surface layer has an ability to form a lithium compound. Preferably, the elemental strength is low. Preferably, the two surface layers 4a and 4b contain an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound.
[0011] 先に述べた通り、 2つの表面層 4a, 4bは第 1の面 la及び第 2の面 lbをそれぞれ含 んでいる。本実施形態の負極 10が電池に組み込まれた場合、第 1の面 la及び第 2 の面 lbは電解液と接する。これとは対照的に、従来の電極における集電用の厚膜導 電体は、その両面に活物質層が形成されている場合には電解液と接することはなぐ また片面に活物質層が形成されている場合であっても一方の面しか電解液と接しな い。つまり本実施形態の負極 10には、従来の電極で用いられていた集電用の厚膜 導電体が存在せず、電極の最外面に位置する層、即ち表面層 4a, 4bが集電機能と 活物質の脱落を防止する機能とを兼ねて 、る。  [0011] As described above, the two surface layers 4a and 4b include the first surface la and the second surface lb, respectively. When the negative electrode 10 of the present embodiment is incorporated in a battery, the first surface la and the second surface lb are in contact with the electrolyte. In contrast, a conventional thick-film current collector for an electrode does not come into contact with the electrolyte when an active material layer is formed on both surfaces, and the active material layer is formed on one surface. Even if formed, only one surface is in contact with the electrolyte. In other words, the negative electrode 10 of the present embodiment does not have the thick film conductor for current collection used in the conventional electrode, and the layer located on the outermost surface of the electrode, that is, the surface layers 4a and 4b have a current collection function. And also functions to prevent the active material from falling off.
[0012] 第 1の面 la及び第 2の面 lbをそれぞれ含む各表面層 4a, 4bは何れも集電機能を 有しているので、本実施形態の負極 10を電池に組み込んだ場合には、何れの表面 層 4a, 4bにも電流取り出し用のリード線を接続することができるという利点がある。  [0012] Since each of the surface layers 4a and 4b including the first surface la and the second surface lb has a current collecting function, when the negative electrode 10 of the present embodiment is incorporated in a battery, There is an advantage that a lead wire for extracting current can be connected to any of the surface layers 4a and 4b.
[0013] 前述した通り、少なくとも一方の表面層 4a, 4bはリチウム化合物の形成能の低い元 素及びリチウム化合物の形成能の高 ヽ元素を含んで構成されて ヽる。各表面層 4a, 4bがこのような構成を有していることで、本実施形態の負極 10には以下に述べる利 点がある。この利点を、図 2を参照しながら説明する。図 2は、本実施形態の負極 10 の要部を拡大して示す模式図である。 [0014] 本実施形態の負極 10を非水電解液二次電池に組み込み充放電を行うと、図 2 (a) に示すように、各表面層 4a, 4bに含まれているリチウム化合物の形成能の高い元素 5が、リチウムを吸脱蔵することに起因して次第に微粉ィ匕してくる。これに対して各表 面層 4a, 4bに含まれているリチウム化合物の形成能の低い元素 6は、充放電が行わ れても変化しない。 [0013] As described above, at least one of the surface layers 4a and 4b is configured to include an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound. Since each of the surface layers 4a and 4b has such a configuration, the negative electrode 10 of the present embodiment has the following advantages. This advantage will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an enlarged main part of the negative electrode 10 of the present embodiment. When the negative electrode 10 of the present embodiment is incorporated in a nonaqueous electrolyte secondary battery and charged and discharged, the lithium compound contained in each of the surface layers 4a and 4b is formed as shown in FIG. 2 (a). The highly active element 5 gradually becomes finer and finer due to the absorption and desorption of lithium. On the other hand, the element 6 having a low ability to form a lithium compound contained in each of the surface layers 4a and 4b does not change even when charging and discharging are performed.
[0015] リチウム化合物の形成能の高 、元素 5の微粉化が進むと、図 2 (b)に示すように、各 表面層 4a, 4bの表面に亀裂が生じる。そして、その亀裂が生じた部分が多数の微細 空隙 7となる。  [0015] When the ability to form a lithium compound is high and the pulverization of the element 5 proceeds, cracks are formed on the surfaces of the surface layers 4a and 4b as shown in Fig. 2 (b). Then, the portion where the crack has occurred becomes a number of fine voids 7.
[0016] この亀裂が進むと微細空隙 7がー層成長し、図 2 (c)に示すように、該微細空隙 7は 少なくとも一方の表面層 4a, 4bの厚さ方向に延びて活物質層 3に到達する。微細空 隙 7は曲折しながら延びている。なお図 2 (c)においては、形成されたすベての微細 空隙 7が活物質層 3に到達するように描かれているが、これは本発明の理解を容易に するために誇張されたものであり、実際はすべての微細空隙 7が活物質層 3に到達し ているわけではない。  As the crack progresses, a fine void 7 grows in a layer, and as shown in FIG. 2 (c), the fine void 7 extends in the thickness direction of at least one of the surface layers 4a, 4b to form an active material layer. Reach 3 The minute gap 7 extends while bending. In FIG. 2 (c), all the formed fine voids 7 are drawn so as to reach the active material layer 3, but this is exaggerated for easy understanding of the present invention. In fact, not all the micro voids 7 reach the active material layer 3.
[0017] このような微細空隙 7が形成される結果、電解液が活物質層 3へ十分に浸透するこ とができ、活物質の粒子 2との反応が十分に起こる。なお、非水電解液は水系の電解 液に比べて表面張力が小さいことから、微細空隙 7の幅が小さくても、活物質層 3へ 十分に浸透が可能である。このようにして微細空隙 7が形成される結果、本実施形態 の負極 10においては、活物質層 3への電解液の浸透を確保しつつ、活物質の粒子 2の脱落を防止することができる。  As a result of the formation of such fine voids 7, the electrolyte can sufficiently penetrate into the active material layer 3, and the reaction with the active material particles 2 sufficiently occurs. Since the surface tension of the non-aqueous electrolyte is smaller than that of the aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte can sufficiently penetrate into the active material layer 3 even if the width of the fine voids 7 is small. As a result of the formation of the fine voids 7 in this manner, in the negative electrode 10 of the present embodiment, it is possible to prevent the particles 2 of the active material from falling off while ensuring the penetration of the electrolytic solution into the active material layer 3. .
[0018] 負極 10における反応は、対極と対向した面を中心に起こるので、微細空隙 7は、一 対の表面層 4a, 4bのうちの少なくとも一方に形成されれば足りる。しかし、実用的な 電池にお 、ては、負極の両側にセパレータ及び対極が配置されて!、ることが多!、。 そのような電池に本実施形態の負極 10を適用する場合には、一対の表面層 4a, 4b の両方に微細空隙 7が形成されることが好ましい。一対の表面層 4a, 4bのうち一方 の表面層にのみ微細空隙が形成される負極 10を用いる場合には、そのような負極 1 0を一組用意し、各負極 10, 10における微細空隙が形成されていない側の表面層を 対向させ重ね合わせて使用することで、一対の表面層の両方に微細空隙 5が形成さ れた負極 10と同様の効果を得ることができる。特に、各負極 10, 10における微細空 隙が形成されていない側の表面層を対向させ、両負極 10, 10間に導電性金属箔を 挟み込み、三者を接合一体化させた構成の負極とすることが好ましい。このような構 成にすることで、負極全体の強度が一層向上するからである。このことは、電池を作 成する際に負極を曲げる必要がある場合、曲げ応力に対する負極の強度が担保さ れる観点から有利である。導電性金属箔は、電解銅箔、圧延銅合金箔、ステンレス 箔など、リチウム形成能の低 、材料からなる種々な材質のものを用いることが可能で ある。強度向上の効果とエネルギー密度とのバランスから、その厚さは 5— 35 m程 度、特に 12— 18 /z mが好ましい。また、導電性金属箔としては、パンチングメタル等 の多孔性のものや、上記に例示した各種の箔の表面にリチウム層を形成させたものも 使用できる。 Since the reaction in the negative electrode 10 occurs mainly on the surface facing the counter electrode, it is sufficient that the fine voids 7 are formed in at least one of the pair of surface layers 4a and 4b. However, in practical batteries, separators and counter electrodes are often arranged on both sides of the negative electrode! When the negative electrode 10 of the present embodiment is applied to such a battery, it is preferable that the fine voids 7 are formed in both the pair of surface layers 4a and 4b. When using the negative electrode 10 in which fine voids are formed only in one surface layer of the pair of surface layers 4a and 4b, a set of such negative electrodes 10 is prepared, and the fine voids in each of the negative electrodes 10 and 10 are reduced. By using the non-formed side surface layers facing each other and overlapping, micro voids 5 are formed in both of the pair of surface layers. The same effect as the negative electrode 10 can be obtained. In particular, a negative electrode having a configuration in which the surface layers of the negative electrodes 10 and 10 on which the fine voids are not formed are opposed to each other, a conductive metal foil is sandwiched between the negative electrodes 10 and 10, and the three members are joined and integrated. Is preferred. This is because such a configuration further improves the strength of the entire negative electrode. This is advantageous from the viewpoint of ensuring the strength of the negative electrode against bending stress when it is necessary to bend the negative electrode when producing a battery. As the conductive metal foil, various materials made of materials having low lithium-forming ability, such as an electrolytic copper foil, a rolled copper alloy foil, and a stainless steel foil, can be used. In view of the balance between the effect of improving strength and the energy density, the thickness is preferably about 5 to 35 m, particularly preferably 12 to 18 / zm. Further, as the conductive metal foil, a porous metal such as a punched metal, or a foil in which a lithium layer is formed on the surface of the various foils exemplified above can be used.
[0019] 微細空隙 7の大きさ(孔径、長さ)は電池の充放電の回数に依存して変化する。従 つて微細空隙 7の大きさを一義的に決定することはできない。しかし、本発明者らの 検討の結果、表面層 4a, 4bを電子顕微鏡観察により平面視したときに、微細空隙 7 の開孔面積が平均して 0. 1— 100 μ
Figure imgf000007_0001
特に 1一 30 μ m2程度であれば、電解液の 十分な浸透を確保しつつ、活物質の粒子 2の脱落を効果的に防止し得ることが判明 した。また、表面層 4a, 4bを電子顕微鏡観察により平面視したときに、どのような観察 視野をとつても、 lcm X lcmの正方形の視野範囲内に 1一 2万個、特に 10— 1000 個、とりわけ 30— 500個の微細空隙 7が存在していることが好ましいことが判明した( この値を分布率という)。更に、表面層 4a, 4bを電子顕微鏡観察により平面視したと きに、観察視野の面積に対する微細空隙 7の開孔面積の総和の割合 (この割合を開 孔率という)が 0. 1— 10%、特に 1一 5%であることが好ましいことが判明した。微細 空隙 7は、表面層 4a, 4bを断面観察した場合にその幅が 0. 1— 100 /z m程度である 力 活物質の脱落を一層効果的に抑制するためには、 0. 1— 50 /z m、特に 0. 1- 1 0 μ m程度の微細なものとすることが好ま U、。
[0019] The size (pore diameter, length) of the fine void 7 changes depending on the number of times of charging and discharging of the battery. Therefore, the size of the fine void 7 cannot be uniquely determined. However, as a result of the study by the present inventors, when the surface layers 4a and 4b are viewed in a plan view by an electron microscope, the opening area of the fine voids 7 is 0.1 to 100 μm on average.
Figure imgf000007_0001
Especially if 1 one 30 mu m 2 approximately, while ensuring adequate permeation of the electrolytic solution, it has been found that can effectively prevent detachment of the particles 2 in the active material. Also, when the surface layers 4a and 4b are viewed in plan by electron microscopy, no matter what field of view is taken, there are 1120,000 pieces, especially 10-1000 pieces, within a lcm X lcm square field of view. In particular, it was found that it is preferable that 30 to 500 microvoids 7 exist (this value is referred to as a distribution ratio). Further, when the surface layers 4a and 4b are viewed in plan by electron microscopy, the ratio of the total area of the pores of the microvoids 7 to the area of the observation visual field (this ratio is called the aperture ratio) is 0.1-10. %, Especially 11-5%, has been found to be preferred. The fine voids 7 have a width of about 0.1 to 100 / zm when the surface layers 4a and 4b are observed in cross section. U / zm, in particular, preferably as fine as about 0.1-10 μm.
[0020] 所望の微細空隙を形成するためには、各表面層 4a, 4bに含まれるリチウム化合物 の形成能の高!、元素 5と、リチウム化合物の形成能の低!、元素 6との比率を適切な範 囲とすればよいことが本発明者らの検討の結果判明した。具体的には、各表面層 4a , 4bは、リチウム化合物の形成能の低い元素 6が 50重量%以上を占めることが好ま しい。特に各表面層 4a, 4bは、リチウム化合物の形成能の低い元素 50— 99. 9重量 %及びリチウム化合物の形成能の高い元素 0. 1— 50重量%を含んで構成されてい ることが好ましぐとりわけリチウム化合物の形成能の低い元素 70— 99重量%及びリ チウム化合物の形成能の高い元素 1一 30重量%を含んで構成されていることが好ま しい。 [0020] In order to form a desired fine void, the ratio of the element 5 to the element 5 having a high ability to form a lithium compound contained in each of the surface layers 4a and 4b, and the element 6 being low! As a result of the study of the present inventors, it has been found that it is sufficient to set the range as appropriate. Specifically, each surface layer 4a And 4b, the element 6 having a low ability to form a lithium compound preferably accounts for 50% by weight or more. In particular, each of the surface layers 4a and 4b preferably contains 50 to 99.9% by weight of an element having a low ability to form a lithium compound and 0.1 to 50% by weight of an element having a high ability to form a lithium compound. In particular, it is particularly preferable that the composition contains 70 to 99% by weight of an element having a low ability to form a lithium compound and 110 to 30% by weight of an element having a high ability to form a lithium compound.
[0021] リチウム化合物の形成能の低!、元素 6としてはニッケル、銅、鉄若しくはコバルト又 はこれらの合金などが好ましく用いられる。特に、ニッケル タングステン合金を用い ると、表面層 4を高強度となすことができるので好ましい。一方、リチウム化合物の形 成能の高い元素 5としてはスズ、亜鉛、アルミニウム又はインジウムなどが好ましく用 V、られる。これらの元素は一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。  [0021] As the element 6, which has a low ability to form a lithium compound, nickel, copper, iron, cobalt, or an alloy thereof is preferably used. In particular, it is preferable to use a nickel tungsten alloy because the surface layer 4 can have high strength. On the other hand, as the element 5 having a high ability to form a lithium compound, tin, zinc, aluminum or indium is preferably used. These elements can be used alone or in combination of two or more.
[0022] 再び図 1に戻ると、 2つの表面層 4a, 4b間に位置する活物質層 3は、リチウム化合 物の形成能の高い活物質の粒子 2を含んでいる。活物質としては、例えばシリコン系 材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料が挙げられる。特にシ リコン系材料が好ましい。活物質層 3は 2つの表面層 4a, 4bによって被覆されている ので、活物質がリチウムイオンを吸脱蔵することに起因して脱落することが効果的に 防止される。また、後述する理由によって、活物質の粒子 2は電解液と接することがで きるので、電極反応が妨げられることもない。  Returning to FIG. 1, the active material layer 3 located between the two surface layers 4a and 4b contains the active material particles 2 having a high ability to form a lithium compound. Examples of the active material include a silicon-based material, a tin-based material, an aluminum-based material, and a germanium-based material. Particularly, a silicon-based material is preferable. Since the active material layer 3 is covered with the two surface layers 4a and 4b, the active material is effectively prevented from falling off due to absorption and desorption of lithium ions. In addition, for the reason described later, the active material particles 2 can come into contact with the electrolytic solution, so that the electrode reaction is not hindered.
[0023] 活物質の粒子 2はその最大粒径が好ましくは 50 m以下であり、更に好ましくは 20 μ m以下である。また粒子の粒径を D 値で表すと 0. 1— 8 m、特に 1  The maximum particle size of the active material particles 2 is preferably 50 m or less, and more preferably 20 μm or less. When the particle size is represented by the D value, it is 0.1 to 8 m, especially 1
50 一 5 mであ ることが好ましい。最大粒径が 50 m超であると、粒子の脱落が起こりやすくなり、電 極の寿命が短くなる場合がある。粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい 。該粒子の製造方法に鑑みると、下限値は 0. 01 m程度である。粒子の粒径は、レ 一ザ一回折散乱式粒度分布測定、電子顕微鏡観察 (SEM観察)によって測定され る。  It is preferably 50 to 5 m. If the maximum particle size is more than 50 m, particles may easily fall off and the life of the electrode may be shortened. There is no particular limitation on the lower limit of the particle size, and the smaller the value, the better. In view of the method for producing the particles, the lower limit is about 0.01 m. The particle size of the particles is measured by laser-diffraction scattering type particle size distribution measurement and observation with an electron microscope (SEM observation).
[0024] 負極全体に対する活物質の量が少なすぎると電池のエネルギー密度を十分に向 上させにくぐ逆に多すぎると活物質の脱落が起こりやすくなる傾向にある。これらを 勘案すると、活物質の量は負極全体に対して好ましくは 5— 80重量%であり、更に好 ましくは 10— 50重量%、一層好ましくは 20— 50重量%である。 [0024] When the amount of the active material relative to the entire negative electrode is too small, the energy density of the battery is not sufficiently improved, whereas when it is too large, the active material tends to fall off. In consideration of these, the amount of the active material is preferably 5 to 80% by weight based on the whole negative electrode, and more preferably. Preferably it is 10-50% by weight, more preferably 20-50% by weight.
[0025] 活物質層 3の厚みは、負極全体に対する活物質の量の割合や活物質の粒径に応 じて適宜調節することができ、本実施形態においては特に臨界的なものではない。 一般には 1一 100 m、特に 3— 40 m程度である。活物質層は、後述するように、 活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布することによって形成されることが好まし い。 [0025] The thickness of the active material layer 3 can be appropriately adjusted according to the ratio of the amount of the active material to the entire negative electrode and the particle size of the active material, and is not particularly critical in the present embodiment. Generally, it is about 100 m, especially about 3-40 m. The active material layer is preferably formed by applying a conductive slurry containing particles of the active material, as described later.
[0026] 活物質層 3においては、該層中に含まれる粒子間に、リチウム化合物の形成能の 低い金属材料が浸透していることが好ましい。該金属材料は、活物質層 3の厚み方 向全域に亘つて浸透して 、ることが好ま U、。そして浸透した金属材料中に活物質の 粒子 2が存在して 、ることが好まし 、。つまり活物質の粒子 2は負極 10の表面に露出 しておらず表面層 4a, 4bの内部に包埋されていることが好ましい。これによつて、活 物質層 3と表面層 4a, 4bとの密着性が強固なものとなり、活物質の粒子 2の脱落が一 層防止される。また活物質層 3中に浸透した前記材料を通じて表面層 4a, 4bと活物 質の粒子 2との間に電子伝導性が確保されるので、電気的に孤立した活物質が生成 すること、特に活物質層 3の深部に電気的に孤立した活物質が生成することが効果 的に防止され、集電機能が保たれる。その結果、負極としての機能低下が抑えられる 。更に負極の長寿命化も図られる。このことは、活物質として半導体であり電子伝導 性の乏し!/ヽ材料、例えばシリコン系材料を用いる場合に特に有利である。  [0026] In the active material layer 3, it is preferable that a metal material having a low ability to form a lithium compound penetrates between particles contained in the layer. Preferably, the metal material penetrates over the entire region of the active material layer 3 in the thickness direction. Preferably, the active material particles 2 are present in the permeated metal material. That is, it is preferable that the particles 2 of the active material are not exposed on the surface of the negative electrode 10 and are embedded in the surface layers 4a and 4b. As a result, the adhesion between the active material layer 3 and the surface layers 4a and 4b is strengthened, and the falling of the active material particles 2 is further prevented. In addition, since electron conductivity is ensured between the surface layers 4a and 4b and the particles 2 of the active material through the material penetrated into the active material layer 3, an electrically isolated active material is generated. The generation of an electrically isolated active material in the deep part of the active material layer 3 is effectively prevented, and the current collecting function is maintained. As a result, a decrease in the function as the negative electrode is suppressed. Further, the life of the negative electrode can be prolonged. This is particularly advantageous when a semiconductor is used as the active material and has poor electron conductivity, such as a silicon-based material.
[0027] 活物質層 3中に浸透しているリチウム化合物の形成能の低い金属材料は、少なくと も一方の表面層に含まれるリチウム化合物の形成能の低 、金属材料と同種であって もよぐ或いは異種であってもよい。例えば、(ィ)各表面層にリチウム化合物の形成 能の低い金属材料が含まれる場合、当該金属材料は、活物質層 3中に浸透している リチウム化合物の形成能の低い金属材料と同じでもよい。この場合には、各材料が同 一であることから、後述する製造方法が複雑にならないという利点がある。或いは(口) 各表面層にリチウム化合物の形成能の低い金属材料が含まれ、当該金属材料の一 方力 活物質層 3中に浸透して 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料と異な つていてもよい。更に、(ハ)各表面層にリチウム化合物の形成能の低い金属材料が 含まれ、当該金属材料の双方が、活物質層 3中に浸透しているリチウム化合物の形 成能の低 、金属材料と異なって 、てもよ 、。 [0027] The metal material having a low ability to form a lithium compound penetrating into the active material layer 3 has at least a low ability to form a lithium compound contained in at least one surface layer, and may be of the same kind as the metal material. They may be different or different. For example, (a) when each surface layer contains a metal material having a low ability to form a lithium compound, the metal material may be the same as the metal material having a low ability to form a lithium compound that has penetrated into the active material layer 3. Good. In this case, since each material is the same, there is an advantage that a manufacturing method described later does not become complicated. Or (mouth) Each surface layer contains a metal material having a low ability to form a lithium compound, and the metal material penetrates into the active material layer 3 and has a low ability to form a lithium compound. They may be different. Furthermore, (c) each surface layer contains a metal material having a low ability to form a lithium compound, and both of the metal materials are in the form of a lithium compound that has penetrated into the active material layer 3. Low in performance, unlike metal materials.
[0028] (ハ)の場合には、各表面層に含まれるリチウム化合物の形成能の低 、金属材料は 同じでもよぐ或いは異なっていてもよい。つまり、(i)各表面層に含まれるリチウム化 合物の形成能の低い金属材料は同じで、且つ当該金属材料が、活物質層 3中に浸 透して!/ヽるリチウム化合物の形成能の低!ヽ金属材料と異なる場合、及び (ii)各表面 層に含まれるリチウム化合物の形成能の低い金属材料が異なり、且つ当該金属材料 が何れも、活物質層 3中に浸透して 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料と 異なる場合がある。  [0028] In the case of (c), the metal compounds may be the same or different or different in the ability to form a lithium compound contained in each surface layer. That is, (i) the formation of the lithium compound which is the same as the metal material having low ability to form a lithium compound contained in each surface layer and which is infiltrated into the active material layer 3 by the metal material! Noh!場合 If different from the metal material, and (ii) the lithium material contained in each surface layer that has a low ability to form a lithium compound is different, and any of the metal materials penetrates into the active material layer 3 and Low in forming ability and may be different from metal materials.
[0029] 活物質層 3中に浸透しているリチウム化合物の形成能の低い金属材料は、活物質 層 3をその厚み方向に貫いており、両表面層 4a, 4bとつながっていることが好ましい 。それによつて 2つの表面層 4a, 4bは前記材料を通じて電気的に導通することになり 、負極全体としての電子伝導性が一層高くなる。つまり本実施形態の負極 10は、全 体が一体として集電機能を有する。リチウム化合物の形成能の低!ヽ金属材料が活物 質層 3の厚み方向全域に亘つて浸透して両表面層 4a, 4bどうしがつながつているこ とは、該材料を測定対象とした電子顕微鏡マッピングによって確認することができる。 リチウム化合物の形成能の低い金属材料を、活物質層 3中に浸透させるための好ま しい方法は後述する。  It is preferable that the metal material having a low ability to form a lithium compound penetrating into the active material layer 3 penetrates the active material layer 3 in the thickness direction and is connected to both surface layers 4a and 4b. . As a result, the two surface layers 4a and 4b become electrically conductive through the material, and the electron conductivity of the entire negative electrode is further increased. That is, the negative electrode 10 of the present embodiment as a whole has a current collecting function. Low ability to form lithium compounds!ヽ It can be confirmed by electron microscope mapping that the metal material permeates all over the active material layer 3 in the thickness direction and the two surface layers 4a and 4b are connected to each other. . A preferred method for infiltrating the active material layer 3 with a metal material having a low ability to form a lithium compound will be described later.
[0030] 活物質層 3における活物質の粒子 2の間は、リチウム化合物の形成能の低い金属 材料で完全に満たされているのではなぐ該粒子 2間に空隙 8が存在していることが 好ましい (この空隙は、集電用表面層 4a, 4bに形成される微細空隙 7とは異なるもの であることに留意すべきである)。この空隙 8の存在によって、活物質の粒子 2がリチウ ムを吸脱蔵して膨張収縮することに起因する応力が緩和される。この観点から、活物 質層 3における空隙 8の割合は 5— 30体積%程度、特に 5— 9体積%程度であること が好ましい。空隙 8の割合は、電子顕微鏡マッピングによって求めることができる。後 述するように活物質層 3は活物質の粒子 2を含む導電性スラリーを塗布し乾燥させる ことによって形成されることから、活物質層 3には自ずと空隙 8が形成される。従って 空隙 8の割合を前記範囲にするためには、例えば活物質の粒子 2の粒径、導電性ス ラリーの組成、スラリーの塗布条件を適切に選択すればよい。またスラリーを塗布乾 燥して活物質層 3を形成した後、適切な条件下でプレス加工して空隙 8の割合を調 整してちょい。 [0030] The gaps 8 between the active material particles 2 in the active material layer 3 may not be completely filled with a metal material having a low ability to form a lithium compound. It is preferable to note that this gap is different from the fine gap 7 formed in the current collecting surface layers 4a and 4b. Due to the presence of the void 8, the stress caused by the active material particles 2 expanding and contracting by absorbing and desorbing lithium is reduced. From this viewpoint, the ratio of the voids 8 in the active material layer 3 is preferably about 5 to 30% by volume, particularly preferably about 5 to 9% by volume. The ratio of the voids 8 can be determined by electron microscope mapping. As will be described later, since the active material layer 3 is formed by applying and drying a conductive slurry containing the active material particles 2, the voids 8 are naturally formed in the active material layer 3. Therefore, in order to keep the ratio of the voids 8 in the above range, for example, the particle size of the particles 2 of the active material, the composition of the conductive slurry, and the application conditions of the slurry may be appropriately selected. Also apply slurry and dry After drying to form the active material layer 3, the ratio of the voids 8 is adjusted by pressing under appropriate conditions.
[0031] 活物質層 3中には活物質の粒子 2に加えて導電性炭素材料が含まれていることが 好ましい。これによつて負極 10に電子伝導性が一層付与される。この観点力も活物 質層 3中に含まれる導電性炭素材料の量は 0. 1— 20重量%、特に 1一 10重量%で あることが好ま 、。導電性炭素材料としては例えばアセチレンブラックやグラフアイト などの粒子が用いられる。これらの粒子の粒径は 40 μ m以下、特に 20 μ m以下であ ることが、電子伝導性の一層付与の点から好ましい。該粒子の粒径の下限値に特に 制限はなく小さいほど好ましい。該粒子の製造方法に鑑みると、その下限値は 0. 01 μ m程度となる。  The active material layer 3 preferably contains a conductive carbon material in addition to the active material particles 2. Thereby, the electron conductivity is further imparted to the negative electrode 10. From this viewpoint, the amount of the conductive carbon material contained in the active material layer 3 is preferably 0.1 to 20% by weight, particularly preferably 110 to 10% by weight. As the conductive carbon material, for example, particles such as acetylene black and graphite are used. The particle size of these particles is preferably 40 μm or less, particularly preferably 20 μm or less from the viewpoint of further imparting electron conductivity. There is no particular limitation on the lower limit of the particle size of the particles, and a smaller value is more preferable. In view of the method for producing the particles, the lower limit is about 0.01 μm.
[0032] 次に本実施形態の負極 10の好ましい製造方法を、図 3を参照しながら説明する。  Next, a preferred method for manufacturing the negative electrode 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
先ず図 3 (a)に示すようにキャリア箔 11を用意する。キャリア箔 11の材質に特に制限 はない。例えば銅箔を用いることができる。キャリア箔 11は、負極 10を製造するため の支持体として用いられるものであることから、製造工程にお ヽてョレ等が生じな!/、よ うな強度を有していることが好ましい。従ってキャリア箔 11は、その厚みが 10— 50 m程度であることが好ましい。先に述べた通り、キャリア箔 11の重要な役割は負極 10 を製造するための支持体である。従って表面層 4の強度が十分である場合は必ずし もキャリア箔を用いて負極 10を製造することを要しな 、。  First, a carrier foil 11 is prepared as shown in FIG. The material of the carrier foil 11 is not particularly limited. For example, a copper foil can be used. Since the carrier foil 11 is used as a support for producing the negative electrode 10, it is preferable that the carrier foil 11 has such a strength that no swelling or the like occurs in the production process. Therefore, the thickness of the carrier foil 11 is preferably about 10 to 50 m. As described above, an important role of the carrier foil 11 is a support for manufacturing the negative electrode 10. Therefore, when the strength of the surface layer 4 is sufficient, it is not always necessary to manufacture the negative electrode 10 using the carrier foil.
[0033] キャリア箔 11は好ましくは電解によって製造される。具体的には、回転ドラムを陰極 として用い、銅などの金属イオンを含む電解浴中で電解を行いドラム周面に金属を 析出させる。析出した金属をドラム周面力 剥離することでキャリア箔 11が得られる。  [0033] The carrier foil 11 is preferably manufactured by electrolysis. Specifically, using a rotating drum as a cathode, electrolysis is performed in an electrolytic bath containing metal ions such as copper to deposit metal on the peripheral surface of the drum. Carrier foil 11 is obtained by peeling the deposited metal around the drum.
[0034] 次に図 3 (b)に示すようにキャリア箔 11の一面に薄い剥離層 12を形成する。キヤリ ァ箔 11が電解によって製造されたものである場合、キャリア箔 11はその一方の面が 平滑な光沢面となっており、他方の面が凹凸のあるマット面となっている。光沢面はド ラム周面に対向していた面であり、マット面は析出面である。本製造方法においては 光沢面およびマット面のどちらに剥離層 12を形成してもよい。  Next, as shown in FIG. 3B, a thin release layer 12 is formed on one surface of the carrier foil 11. When the carrier foil 11 is manufactured by electrolysis, one surface of the carrier foil 11 has a smooth glossy surface, and the other surface has a matte surface with irregularities. The glossy surface is the surface facing the drum peripheral surface, and the matte surface is the deposition surface. In the present production method, the release layer 12 may be formed on either the glossy surface or the matte surface.
[0035] 剥離層 12は、例えばクロムめつき、ニッケルめっき、鉛めつき、クロメート処理等によ つて形成されることが好ましい。この理由は、これらの処理等によって剥離層 12の表 面に酸化物あるいは酸塩の層が形成され、この層は、キャリア箔 11と後述する電解 めっき層との密着性を低下させ剥離性を向上させる機能を有する力 である。また剥 離剤として有機化合物を用いることもできる。特に窒素含有化合物又は硫黄含有ィ匕 合物を用いることが好ましい。窒素含有ィ匕合物としては、例えばべンゾトリアゾール(The release layer 12 is preferably formed by, for example, chrome plating, nickel plating, lead plating, chromate treatment, or the like. The reason for this is that the surface of the release layer 12 An oxide or acid salt layer is formed on the surface, and this layer has a function of reducing the adhesion between the carrier foil 11 and an electrolytic plating layer described later and improving the releasability. Further, an organic compound can be used as the release agent. In particular, it is preferable to use a nitrogen-containing compound or a sulfur-containing compound. As the nitrogen-containing compound, for example, benzotriazole (
BTA)、カルボキシベンゾトリアゾール(CBTA)、トリルトリァゾール(ΤΤΑ)、 Ν', N'— ビス(ベンゾトリアゾリルメチル)ユリア(BTD— U)及び 3—ァミノ— 1Η—1, 2, 4—トリァゾ ール (ATA)などのトリァゾール系化合物が好ましく用いられる。硫黄含有化合物とし ては、メルカプトべンゾチアゾール(MBT)、チオシァヌル酸(TCA)及び 2—べンズィ ミダゾ一ルチオール(BIT)などが挙げられる。これらの有機化合物はアルコール、水 、酸性溶媒、アルカリ性溶媒などに溶解して用いられる。例えば CBTAを用いた場合 、その濃度は 2— 5gZlとするのが好ましい。有機化合物からなる剥離層 12の形成 には、塗工法の他、浸漬法も採用できる。剥離層 12の厚みは 0. 05— 3 /z mであるこ とが、首尾良く剥離を行い得る点力も好ましい。剥離層 12が形成された後の該剥離 層 12の表面粗さ Raは、キャリア箔 11上に活物質層 3を直接形成する場合と同様に、 0. 01— 3 m、特に 0. 01— 1 /ζ πι、とりわけ 0. 01— 0. 2 mであること力 ^好ましい BTA), carboxybenzotriazole (CBTA), tolyltriazole (ΤΤΑ), Ν ', N'-bis (benzotriazolylmethyl) urea (BTD-U) and 3-amino-1Η-1,2,4- Triazole-based compounds such as triazole (ATA) are preferably used. Sulfur-containing compounds include mercaptobenzothiazole (MBT), thiocyanuric acid (TCA), and 2-benzimidazolthiol (BIT). These organic compounds are used after being dissolved in alcohol, water, an acidic solvent, an alkaline solvent or the like. For example, when CBTA is used, its concentration is preferably 2-5 gZl. In order to form the release layer 12 made of an organic compound, a dipping method can be adopted in addition to the coating method. The thickness of the peeling layer 12 is preferably 0.05-3 / zm, and the point force capable of performing peeling successfully is also preferable. The surface roughness Ra of the release layer 12 after the release layer 12 is formed is 0.01 to 3 m, particularly 0.01 to 1 m, as in the case where the active material layer 3 is directly formed on the carrier foil 11. 1 / ζ πι, especially 0.01-0.2 m force ^ preferred
[0036] 剥離層 12が形成されたら、図 3 (c)に示すように剥離層 12上に、リチウム化合物の 形成能の低 、元素及びリチウム化合物の形成能の高 ヽ元素を含む表面層 4bを形成 する。表面層 4bの形成方法に特に制限はなぐ公知の各種薄膜形成法を採用する ことができる。例えば電解めつき、スパッタリング、化学気相蒸着、物理気相蒸着など の方法を用いることができる。特に好ましい形成方法は電解めつきである。 After the release layer 12 is formed, as shown in FIG. 3 (c), the surface layer 4b containing the element having a low ability to form a lithium compound and the element and the element having a high ability to form a lithium compound is formed on the separation layer 12 as shown in FIG. To form There are no particular restrictions on the method of forming the surface layer 4b, and various known thin film forming methods can be employed. For example, methods such as electroplating, sputtering, chemical vapor deposition, and physical vapor deposition can be used. A particularly preferred forming method is electrolytic plating.
[0037] 引き続き、図 3 (d)に示すように表面層 4b上に、活物質の粒子を含む導電性スラリ 一を塗布して活物質層 3を形成する。この場合、表面層 4bが電解めつきによって形 成されていると、導電性スラリーが塗布される表面層 4bの表面は析出面、つまりマット 面であり、表面の粗度が高くなつているので、そのような表面状態になっている表面 層 4bの表面に導電性スラリーを塗布することで、活物質の粒子と表面層 4bとの密着 性が向上するという利点がある。  Subsequently, as shown in FIG. 3D, a conductive slurry containing particles of the active material is applied on the surface layer 4b to form the active material layer 3. In this case, if the surface layer 4b is formed by electroplating, the surface of the surface layer 4b to which the conductive slurry is applied is a deposition surface, that is, a mat surface, and the surface roughness is high. By applying a conductive slurry to the surface of the surface layer 4b in such a surface state, there is an advantage that the adhesion between the particles of the active material and the surface layer 4b is improved.
[0038] スラリーは、活物質の粒子、導電性炭素材料の粒子、結着剤及び希釈溶媒などを 含んでいる。これらの成分のうち、活物質の粒子及び導電性炭素材料の粒子につい ては先に説明した通りである。結着剤としてはスチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリ フッ化ビ-リデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、エチレンプロピレンジェンモノマー( EPDM)などが用いられる。希釈溶媒としては N—メチルピロリドン、シクロへキサンな どが用いられる。スラリー中における活物質の粒子の量は 14一 40重量%程度とする ことが好ましい。導電性炭素材料の粒子の量は 0. 4— 4重量%程度とすることが好ま しい。結着剤の量は 0. 4— 4重量%程度とすることが好ましい。これらの成分に希釈 溶媒を加えてスラリーを調製する。 [0038] The slurry contains particles of the active material, particles of the conductive carbon material, a binder and a diluting solvent. Contains. Among these components, the particles of the active material and the particles of the conductive carbon material are as described above. Styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), ethylene propylene diene monomer (EPDM), etc. are used as the binder. As a diluting solvent, N-methylpyrrolidone, cyclohexane and the like are used. The amount of the active material particles in the slurry is preferably about 14 to 40% by weight. The amount of the conductive carbon material particles is preferably about 0.4 to 4% by weight. The amount of the binder is preferably about 0.4-4% by weight. A slurry is prepared by adding a diluting solvent to these components.
スラリーの乾燥によって形成された活物質層 3は、粒子間に多数の微小空間を有す る。活物質層 3が形成された後、図 3 (e)に示すように該活物質層 3上に、リチウム化 合物の形成能の低!、元素及びリチウム化合物の形成能の高!、元素を含む表面層 4a を形成する。表面層 4aの形成方法は、先に説明した表面層 4bの形成方法と同様と することができる。特に、表面層 4aを構成する材料が活物質層 3の厚み方向全域に 亘つて浸透して両表面層 4a, 4bが電気的に導通するようにするためには、表面層 4a を電解めつきによって形成することが有利である。つまり、少なくとも一方の表面層を 電解めつきによって形成することが有利である(以下、この電解めつきを浸透めつきと もいう)。活物質層 3が形成されたキャリア箔 11を、めっき浴へ浸漬することによって、 めっき液が活物質層 3内の前記微小空間に浸入して、活物質層 3と表面層 4bとの界 面にまで達し、その状態下に電解めつきが行われる。浸透めつきの条件の条件は、リ チウム化合物の形成能の低 ヽ金属材料を活物質層 3中に析出させるために重要で ある。例えば、表面層 4aが電解めつきから形成される場合、該表面層 4aが例えば銅 (リチウム化合物の形成能の低 、元素)及びスズ (リチウム化合物の形成能の高 、元 素)から構成されているときの電解条件は次の通りである。めっき浴としては、通常の 文献にある組成のもの、一般的にはシアン浴、ピロりん酸浴、ほう弗化浴などが使用 可能である。このうち、シアン化浴の浴組成及び電解条件の一例を以下に示す。
Figure imgf000013_0001
The active material layer 3 formed by drying the slurry has many minute spaces between particles. After the active material layer 3 is formed, as shown in FIG. 3 (e), the ability to form a lithium compound is low, the ability to form elements and lithium compounds is high, To form a surface layer 4a containing The method for forming the surface layer 4a can be the same as the method for forming the surface layer 4b described above. In particular, in order for the material constituting the surface layer 4a to penetrate throughout the thickness direction of the active material layer 3 so that the surface layers 4a and 4b are electrically connected, the surface layer 4a is electrolytically plated. It is advantageous to form That is, it is advantageous to form at least one surface layer by electrolytic plating (hereinafter, this electrolytic plating is also referred to as permeation plating). By dipping the carrier foil 11 on which the active material layer 3 is formed into a plating bath, a plating solution enters the minute space in the active material layer 3 and an interface between the active material layer 3 and the surface layer 4b. , And electroplating is performed under this condition. The conditions of the penetration plating conditions are important for depositing a low-metallic material having a low ability to form a lithium compound into the active material layer 3. For example, when the surface layer 4a is formed by electroplating, the surface layer 4a is made of, for example, copper (element having a low lithium compound forming ability, element) and tin (high element having a lithium compound forming ability, element). Are as follows. As the plating bath, those having a composition in an ordinary literature, generally a cyan bath, a pyrophosphate bath, a borofluoride bath and the like can be used. Among these, an example of the bath composition of a cyanation bath and electrolysis conditions are shown below.
Figure imgf000013_0001
•Na SnO · 2Η O : 60g/l • Na SnO · 2Η O: 60g / l
2 3 2  2 3 2
•NaCN : 25g/l '電流密度 :5AZdm2 • NaCN: 25g / l 'Current density: 5AZdm 2
•浴温 :65°C  • Bath temperature: 65 ° C
このめつき浴を用いると、浸透めつきによって、活物質層 3における活物質の粒子間 に、銅(リチウム化合物の形成能の低!、元素)及びスズ (リチウム化合物の形成能の 高い元素)が析出する。更に、活物質層 3上に銅及びスズを構成材料とする表面層 4 aが形成される。  When this plating bath is used, copper (a low lithium compound forming ability! Element) and tin (a high lithium compound forming ability element) and tin (element having a high lithium compound forming ability) are interposed between active material particles in the active material layer 3 due to permeation plating. Precipitates. Further, a surface layer 4a containing copper and tin as constituent materials is formed on the active material layer 3.
[0040] また表面層を、例えばニッケル (リチウム化合物の形成能の低 ヽ元素)及びシリコン  [0040] The surface layer may be made of, for example, nickel (a low-element capable of forming a lithium compound) and silicon.
(リチウム化合物の形成能の高 、元素)力 構成する場合には、ニッケルを含む電解 めっき液にシリコン酸ィ匕物の粒子を懸濁させ、めっき液を攪拌しながら電解めつきを 行い、表面層にシリコンを取り込むことで、所望の表面層を得ることができる。この場 合には、浸透めつきによって、活物質層 3における活物質の粒子間にニッケル (リチウ ム化合物の形成能の低 、元素)のみが析出する。  (Element with a high ability to form lithium compounds, elements) When the composition is used, the particles of silicon oxide are suspended in an electrolytic plating solution containing nickel, and the plating solution is subjected to electrolytic plating while stirring. By incorporating silicon into the layer, a desired surface layer can be obtained. In this case, only nickel (element having a low ability to form a lithium compound, an element) precipitates between the particles of the active material in the active material layer 3 due to permeation.
[0041] 最後に、図 3 (f)に示すようにキャリア箔 11を表面層 4bから剥離分離する。これによ つて負極 10が得られる。なお、剥離に際して剥離層 12はその厚さや剥離処理剤の 種類によってキャリア箔 11側に残る場合もあれば、表面層 4b側に残る場合もある。 或いはこれら双方に残る場合もある。何れの場合であっても、剥離層 12はその厚み が極めて薄!、ので、得られる負極 10の性能に何ら影響はな 、。  Finally, as shown in FIG. 3 (f), the carrier foil 11 is separated from the surface layer 4b by separation. Thereby, the negative electrode 10 is obtained. At the time of peeling, the peeling layer 12 may remain on the carrier foil 11 side or the surface layer 4b side depending on the thickness and the kind of the peeling agent. Or it may remain in both. In any case, since the thickness of the release layer 12 is extremely small, the performance of the obtained negative electrode 10 is not affected at all.
[0042] 上述の方法においては、両表面層 4a, 4b力 リチウム化合物の形成能の低い元素 及びリチウム化合物の形成能の高い元素を含んで構成される。これに代えて、一方 の表面層がリチウム化合物の形成能の低い元素及びリチウム化合物の形成能の高 い元素を含んで構成され、他方の表面層がリチウム化合物の形成能の低い元素から なるようにすることもできる。この場合には、リチウム化合物の形成能の低い元素及び リチウム化合物の形成能の高 、元素を含むめっき浴と、リチウム化合物の形成能の 低 、元素を含むめっき浴の 2種類のめっき浴を用いて電解めつきを行えばょ 、。  [0042] In the above method, both surface layers 4a and 4b are configured to include an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound. Instead, one surface layer is composed of an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound, and the other surface layer is made of an element having a low ability to form a lithium compound. You can also In this case, two kinds of plating baths are used: a plating bath containing an element having a low ability to form a lithium compound and a lithium compound having a high ability to form a lithium compound, and a plating bath having a low ability to form a lithium compound and containing an element. If you do electrolysis plating.
[0043] また、上述の方法においては、活物質層 3への浸透めつきと、活物質層 3の表面に 表面層を形成する操作の 2つの操作を同時に行った。この場合には、活物質層 3中 に析出したリチウム化合物の形成能の低!、金属材料と、表面層に含まれるリチウム化 合物の形成能の低い金属材料とが同じになる。これらの操作に代えて、 2つの操作を 別個に行っても良い。即ち、活物質層 3への浸透めつきの操作を行った後に、活物 質層 3が形成されたキャリア箔 11を別のめっき浴に浸漬させて、電解めつきによって 活物質層 3上に表面層を形成してもよい。この操作を行うことで、各表面層に含まれ るリチウム化合物の形成能の低い金属材料と、活物質層 3中に析出したリチウム化合 物の形成能の低 、金属材料とを異種のものにすることができる。 Further, in the above-described method, two operations were performed simultaneously, namely, the permeation into the active material layer 3 and the operation of forming a surface layer on the surface of the active material layer 3. In this case, the metal material having a low ability to form a lithium compound deposited in the active material layer 3 and the metal material having a low ability to form a lithium compound contained in the surface layer are the same. Instead of these operations, two operations It may be performed separately. That is, after performing the operation of infiltrating the active material layer 3, the carrier foil 11 on which the active material layer 3 is formed is immersed in another plating bath, and the surface of the active material layer 3 is formed on the active material layer 3 by electrolytic plating. A layer may be formed. By performing this operation, a metal material having a low ability to form a lithium compound contained in each surface layer and a metal material having a low ability to form a lithium compound deposited in the active material layer 3 are made different from each other. can do.
[0044] 本製造方法によれば、活物質層の形成操作を 1回行うだけで、負極の両面を電極 反応に用い得る負極が得られる。従来の負極においては、電極の両面を電極反応 に用いるためには、集電体の両面にそれぞれ活物質層を形成する必要があった。つ まり活物質層の形成操作を 2回行う必要があった。従って、本製造方法によれば負極 の製造効率が極めて向上する。また本製造方法によれば、負極 10を電池に組み込 むまではキャリア箔 11を剥離せず、組み込む直前においてキャリア箔 11を剥離する ことで、薄くて皺になりやすくロール搬送が困難な負極 10を、ハンドリング性良く搬送 することができるという利点もある。  According to the present production method, a negative electrode in which both surfaces of the negative electrode can be used for the electrode reaction can be obtained by performing the operation of forming the active material layer only once. In the conventional negative electrode, in order to use both surfaces of the electrode for the electrode reaction, it was necessary to form active material layers on both surfaces of the current collector. In other words, the operation of forming the active material layer had to be performed twice. Therefore, according to the present production method, the production efficiency of the negative electrode is extremely improved. Further, according to the present manufacturing method, the carrier foil 11 is not peeled off until the negative electrode 10 is incorporated into the battery, and the carrier foil 11 is peeled off immediately before the negative electrode 10 is assembled. There is also an advantage that 10 can be transported with good handling.
[0045] なお、本製造方法の別法として、剥離層 12を形成したキャリア箔 11上に表面層 4b を形成せずに直接活物質層 3を形成し、然る後に活物質層 3全体を電解めつきする ことによって、活物質層 3とキャリア箔 11との間に表面層 4bを形成すると共に、活物 質層 3上に表面層 4aを形成することもできる。この場合の電解めつきの条件は前述し た条件と同様とすることができる。この別法によれば、電解めつきを一回行うだけの操 作で各表面層を形成することができるので、負極 10の製造を効率ィ匕することができる  As another method of the present manufacturing method, the active material layer 3 is directly formed on the carrier foil 11 on which the release layer 12 is formed without forming the surface layer 4b, and then the entire active material layer 3 is formed. By electroplating, the surface layer 4b can be formed between the active material layer 3 and the carrier foil 11, and the surface layer 4a can be formed on the active material layer 3. In this case, the conditions for electroplating can be the same as those described above. According to this alternative method, since each surface layer can be formed by an operation of performing only one electroplating, the production of the negative electrode 10 can be efficiently performed.
[0046] このようにして得られた負極 10は、公知の正極、セパレータ、非水系電解液と共に 用いられて非水電解液二次電池となされる。正極は、正極活物質並びに必要により 導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これを集電体に塗 布、乾燥した後、ロール圧延、プレスし、さらに裁断、打ち抜きすることにより得られる 。正極活物質としては、リチウムニッケル複合酸ィ匕物、リチウムマンガン複合酸ィ匕物、 リチウムコバルト複合酸ィ匕物等の従来公知の正極活物質が用いられる。セパレータと しては、合成樹脂製不織布、ポリエチレン又はポリプロピレン多孔質フィルム等が好 ましく用いられる。非水電解液は、リチウム二次電池の場合、支持電解質であるリチウ ム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、例えば、 LiBF、 LiCl The negative electrode 10 thus obtained is used together with a known positive electrode, separator and non-aqueous electrolyte to form a non-aqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode is prepared by suspending a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent to prepare a positive electrode mixture, applying the mixture to a current collector, drying the mixture, rolling, pressing, and Obtained by cutting and punching. As the positive electrode active material, a conventionally known positive electrode active material such as a lithium nickel composite oxide, a lithium manganese composite oxide, a lithium cobalt composite oxide, and the like are used. As the separator, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene or polypropylene porous film, or the like is preferably used. In the case of a lithium secondary battery, the non-aqueous electrolyte is lithium supporting electrolyte. It consists of a solution in which organic salts are dissolved in an organic solvent. As the lithium salt, for example, LiBF, LiCl
4 Four
O、 LiAlCl、 LiPF、 LiAsF、 LiSbF、 LiSCN、 LiCl、 LiBrゝ Lil、 LiCF SO、 LiO, LiAlCl, LiPF, LiAsF, LiSbF, LiSCN, LiCl, LiBr ゝ Lil, LiCF SO, Li
4 4 6 6 6 3 34 4 6 6 6 3 3
C F SO等が例示される。 C F SO is exemplified.
4 9 3  4 9 3
[0047] 本発明の負極の別の実施形態として、図 4に示すように、表面層 4a, 4bの形成時 にすでに該表面層 4a, 4bに微細空隙 7が形成されている負極 10'が挙げられる。こ の負極 10'においては、充放電を行う前において既に表面層 4a, 4bに微細空隙 7が 形成されており、更に充放電によって微細空隙 7が成長する。図 4に示す負極 10'の 製造方法を説明すると図 5の通りとなる。  As another embodiment of the negative electrode of the present invention, as shown in FIG. 4, a negative electrode 10 ′ in which fine voids 7 are already formed in the surface layers 4 a and 4 b when the surface layers 4 a and 4 b are formed. No. In the negative electrode 10 ', fine gaps 7 have already been formed in the surface layers 4a and 4b before charging / discharging, and the fine gaps 7 grow by charge / discharge. FIG. 5 illustrates a method for manufacturing the negative electrode 10 ′ shown in FIG.
[0048] 先ず図 5 (a)に示すようにキャリア箔 11を用意する。キャリア箔 11としては、図 3 (a) に示されるものと同様のものを用いることができる。次に図 5 (b)に示すように、キヤリ ァ箔 11の一面上に、表面層 4bを構成する材料と異質の材料カゝらなる薄層の被覆体 13を形成する。その後に表面層 4bを電解めつきによって形成する。この操作によつ て、表面層 4bに微細空隙 7を形成することができ、該微細空隙 7の数ゃ開孔面積を 容易にコントロールすることができる。  First, as shown in FIG. 5A, a carrier foil 11 is prepared. As the carrier foil 11, the same as that shown in FIG. 3A can be used. Next, as shown in FIG. 5 (b), a thin layer covering 13 made of a material different from the material constituting the surface layer 4b is formed on one surface of the carrier foil 11. Thereafter, a surface layer 4b is formed by electrolytic plating. By this operation, the fine voids 7 can be formed in the surface layer 4b, and the number of the fine voids 7 and the open area can be easily controlled.
[0049] 被覆体 13は、表面層 4bの形成面の電子伝導性を不均一な状態にすることで、表 面層 4bに多数の微細空隙 7を形成するために用いられる。被覆体 13は、その厚み 力 ^0. 001— 、特に 0. 002— 0. 5 m、とりわけ 0. 005— 0. 2 mとなるように 形成されることが好ましい。この程度の薄さにすることで、被覆体 13は、キャリア箔 11 の表面を不連続に、例えば島状に被覆することになるからである。  [0049] The cover 13 is used to form a large number of fine voids 7 in the surface layer 4b by making the electron conductivity of the surface on which the surface layer 4b is formed nonuniform. It is preferable that the coating 13 is formed to have a thickness of ^ 0.001−, particularly 0.002−0.5 m, and particularly 0.005−0.2 m. This is because by setting the thickness to this level, the coating 13 covers the surface of the carrier foil 11 discontinuously, for example, in an island shape.
[0050] 被覆体 13は、表面層 4bの構成材料と異質の材料カゝらなる。これによつて剥離工程 において、キャリア箔 11から表面層 4bを首尾良く剥離することができる。特に被覆体 13は、表面層 4bの構成材料と異質の材料であって、且つ Cu、 Ni、 Co、 Mn、 Fe、 C r、 Sn、 Zn、 In、 Ag、 Au、 C、 Al、 Si、 Ti及び Pdのうちの少なくとも 1種類の元素を含 んで構成されて 、ることが好まし 、。  [0050] The cover 13 is made of a material different from the constituent material of the surface layer 4b. This allows the surface layer 4b to be successfully peeled from the carrier foil 11 in the peeling step. In particular, the coating 13 is a material different from the constituent material of the surface layer 4b and Cu, Ni, Co, Mn, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Ag, Au, C, Al, Si, It is preferable that it is configured to include at least one element of Ti and Pd.
[0051] 被覆体 13の形成方法に特に制限はない。例えば、表面層 4bの形成方法との関係 で、被覆体 13の形成方法を選択することができる。具体的には、表面層 4bを電解め つきで形成する場合には、被覆体 13も電解めつきで形成することが製造効率等の点 力も好ましい。尤も他の方法、例えば無電解めつき、スパッタリング法、物理気相蒸着 法、化学気相蒸着法、ゾルゲル法又はイオンプレーティング法によって被覆体 13を 形成することも可能である。 [0051] The method for forming the coating 13 is not particularly limited. For example, the method of forming the cover 13 can be selected in relation to the method of forming the surface layer 4b. Specifically, when the surface layer 4b is formed by electroplating, it is preferable that the cover 13 is also formed by electroplating in view of production efficiency and the like. However other methods such as electroless plating, sputtering, physical vapor deposition The coating 13 can be formed by a method, a chemical vapor deposition method, a sol-gel method or an ion plating method.
[0052] 電解めつきによって被覆体 13を形成する場合には、被覆体 13の構成材料に応じ て適切なめっき浴やめつき条件が選択される。例えば被覆体 13をスズから構成する 場合には、めっき浴として以下の組成を有するものや、ほうふつィ匕スズ浴を用いること ができる。このめつき浴を用いる場合の浴温は 15— 30°C程度であり、電流密度は 0. 5— lOAZdm2程度であることが好ましい。
Figure imgf000017_0001
When the coating 13 is formed by electrolytic plating, an appropriate plating bath and plating conditions are selected according to the constituent material of the coating 13. For example, when the cover 13 is made of tin, a plating bath having the following composition or a tin bath having a composition shown below can be used. When this plating bath is used, the bath temperature is preferably about 15-30 ° C., and the current density is preferably about 0.5-10 OAZdm 2 .
Figure imgf000017_0001
•クレゾ一ルスルホン酸 70— lOOgZl  • Cresol sulfonic acid 70—lOOgZl
[0053] 先に述べた通り、被覆体 13は、表面層 4bの形成面の電子伝導性を不均一な状態 にするために用いられる。従って、被覆体 13の構成材料の電子伝導性がキャリア箔 11の電子伝導性と大きく異なれば、被覆体 13を形成することで表面層 4bの形成面 の電子伝導性が直ちに不均一な状態になる。例えば被覆体 13の構成材料として力 一ボンを用いるような場合である。一方、被覆体 13の構成材料として、キャリア箔 11 と同程度の電子伝導性を有する材料、例えばスズ等を始めとする各種金属材料を用 いた場合には、被覆体 13の形成によっては、表面層 4bの形成面の電子伝導性が直 ちに不均一な状態とはならない。そこで、そのような材料から被覆体 13を構成する場 合には、被覆体 13が形成されたキャリア箔 11を、乾燥状態下に含酸素雰囲気、例え ば大気中にさらすことが好ま 、。これによつて被覆体 13の表面 (及びキャリア箔 11 の露出面)を酸ィ匕させる(図 5 (c)参照)。この操作によって、表面層 4bの形成面の電 子伝導性が不均一な状態になる。この状態下に後述する電解めつきを行うと、被覆 体 13の表面とキャリア箔 11の露出面とで電析速度に差が生じ、微細空隙 7を容易に 形成することができる。酸ィ匕の程度は本発明において臨界的ではない。例えば、被 覆体 13が形成されたキャリア箔 11を大気中に 10— 30分程度放置しておけば十分 であることが本発明者らの検討によって判明した。尤も被覆体 13が形成されたキヤリ ァ箔 11を強制的に酸化させることは妨げられない。  As described above, the cover 13 is used to make the electron conductivity of the surface on which the surface layer 4b is formed non-uniform. Therefore, if the electron conductivity of the constituent material of the cover 13 is significantly different from the electron conductivity of the carrier foil 11, the formation of the cover 13 immediately turns the surface of the surface layer 4b into an uneven state. Become. For example, there is a case in which rubber is used as a constituent material of the cover 13. On the other hand, when a material having the same electronic conductivity as the carrier foil 11, for example, various metal materials such as tin is used as a constituent material of the cover 13, the surface of the cover 13 may be changed depending on the formation of the cover 13. The electron conductivity of the surface on which the layer 4b is formed does not immediately become uneven. Therefore, when the covering 13 is formed from such a material, it is preferable to expose the carrier foil 11 on which the covering 13 is formed to an oxygen-containing atmosphere, for example, the atmosphere in a dry state. Thereby, the surface of the cover 13 (and the exposed surface of the carrier foil 11) is oxidized (see FIG. 5 (c)). By this operation, the electronic conductivity of the surface on which the surface layer 4b is formed becomes non-uniform. When electrolytic plating described below is performed in this state, a difference occurs in the deposition rate between the surface of the cover 13 and the exposed surface of the carrier foil 11, and the fine voids 7 can be easily formed. The degree of acidification is not critical in the present invention. For example, the present inventors have found that it is sufficient to leave the carrier foil 11 on which the cover 13 is formed in the air for about 10 to 30 minutes. However, forcible oxidation of the carrier foil 11 on which the coating 13 is formed is not prevented.
[0054] 被覆体 13が形成されたキャリア箔 11を、含酸素雰囲気にさらすときにこれを乾燥状 態にする理由は、酸ィ匕を効率的に行うためである。例えば電解めつきによって被覆体[0054] When the carrier foil 11 on which the coating 13 is formed is exposed to an oxygen-containing atmosphere, it is dried. The reason for this is to carry out acidification efficiently. Covered by electroplating, for example
13を形成した場合には、キャリア箔 11をめつき浴から引き上げた後にドライャ等を用 いてこれを乾燥させ、次いで所定時間大気中に放置すればよい。被覆体 13の形成 方法としてスパッタリング法や各種蒸着法等の乾式法を用いる場合には乾燥操作は 不要であり、被覆体 13の形成後、そのまま大気中に放置しておけばよい。 When the carrier foil 13 is formed, the carrier foil 11 is removed from the plating bath, dried using a dryer or the like, and then left in the air for a predetermined time. When a dry method such as a sputtering method or various vapor deposition methods is used as a method for forming the coating 13, a drying operation is unnecessary, and after forming the coating 13, the coating 13 may be left as it is in the atmosphere.
[0055] 被覆体 13を酸ィ匕させた後、図 5 (d)に示すように、その上に剥離層 12を形成する。  After the covering 13 is oxidized, a release layer 12 is formed thereon as shown in FIG. 5 (d).
剥離剤としては、図 3 (b)に示すものと同様のものを用いることができる。剥離層 12を 形成する工程は、あくまでも、後述する剥離工程(図 5 (i) )において、キャリア箔 11か ら負極 10'を首尾良く剥離するために行われるものである。従って、この工程を省いて も表面層 4bに微細空隙を形成することができる。次に図 5 (e)に示すように、剥離剤 1 2を施した上に、表面層 4bの構成材料を電解めつきによって電析させて表面層 4bを 形成する。形成された表面層 4bには、微細空隙 7が多数形成されている。なお図 5 ( e)においては、被覆体 13の頂点の位置に微細空隙 7が形成されているように描かれ ているが、これは便宜的なものであり、実際には、被覆体 13の頂点の位置に必ず微 細空隙 7が形成される訳ではな 、。  As the release agent, the same release agent as shown in FIG. 3 (b) can be used. The step of forming the peeling layer 12 is performed only in order to successfully peel the negative electrode 10 ′ from the carrier foil 11 in the peeling step (FIG. 5 (i)) described later. Therefore, even if this step is omitted, fine voids can be formed in the surface layer 4b. Next, as shown in FIG. 5 (e), after the release agent 12 is applied, the constituent material of the surface layer 4b is electrodeposited by electroplating to form the surface layer 4b. Many fine voids 7 are formed in the formed surface layer 4b. In FIG. 5 (e), the minute voids 7 are formed at the positions of the vertices of the covering 13, but this is for convenience, and actually, The minute void 7 is not always formed at the position of the vertex.
[0056] 次に図 5 (f)に示すように表面層 4b上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗 布して活物質層 3を形成する。導電性スラリーの配合組成及び活物質層 3の形成に ついては、図 3 (d)に関する説明が適宜適用される。  Next, as shown in FIG. 5 (f), a conductive slurry containing particles of the active material is applied on the surface layer 4b to form the active material layer 3. Regarding the composition of the conductive slurry and the formation of the active material layer 3, the description related to FIG.
[0057] 活物質層 3が形成されたら、図 5 (g)に示すように、その上に導電性ポリマーを含む 塗工液を塗布し乾燥させて塗膜 14を形成する。塗工液は、導電性ポリマーが揮発性 の有機溶媒に溶解してなるものである。  After the active material layer 3 is formed, as shown in FIG. 5 (g), a coating liquid containing a conductive polymer is applied thereon and dried to form a coating film 14. The coating liquid is formed by dissolving a conductive polymer in a volatile organic solvent.
[0058] 導電性ポリマーとしては、その種類に特に制限はなぐ従来公知のものを用いること ができる。例えばポリフッ化ピリ-デン(PVDF)、ポリエチレンォキシド(PEO)、ポリア クリル-トリル(PAN)及びポリメチルメタタリレート(PMMA)等が挙げられる。特に、 リチウムイオン伝導性ポリマーを用いることが好ましい。また、導電性ポリマーはフッ素 含有の導電性ポリマーであることが好ましい。フッ素含有ポリマーは、熱的及び化学 的安定性が高ぐ機械的強度に優れているからである。これらのことを考慮すると、リ チウムイオン伝導性を有するフッ素含有ポリマーであるポリフッ化ピリ-デンを用いる ことが特に好ましい。 [0058] As the conductive polymer, a conventionally known polymer whose type is not particularly limited can be used. For example, poly (pyridene) fluoride (PVDF), polyethylene oxide (PEO), polyacryl-tolyl (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA) and the like can be mentioned. In particular, it is preferable to use a lithium ion conductive polymer. Further, the conductive polymer is preferably a fluorine-containing conductive polymer. This is because the fluorine-containing polymer has high thermal and chemical stability and excellent mechanical strength. Considering these facts, we use poly (pyridene fluoride), a fluorine-containing polymer with lithium ion conductivity. Is particularly preferred.
[0059] 導電性ポリマーを溶解させる前記有機溶媒としては、導電性ポリマーとして例えば ポリフッ化ビ-リデンを用いる場合には、 N—メチルピロリドンなどを用いることができる  As the organic solvent for dissolving the conductive polymer, for example, when polyvinylidene fluoride is used as the conductive polymer, N-methylpyrrolidone or the like can be used.
[0060] 先に述べた通り、塗工液は活物質層 3上に塗工される。活物質層 3は活物質の粒 子を含む層であるから、その表面は凹凸状態となっている。従って塗工液は活物質 層 3の表面の凹部に溜まりやすくなる。この状態で溶媒が揮発すると、塗膜 14の厚み は不均一になる。つまり活物質層 3表面の凹部に対応する塗膜の厚みは大きぐ凸 部に対応する塗膜の厚みは小さくなる。本製造方法においては、塗膜 14の厚みの 不均一性を利用して表面層 4aに多数の微細空隙を形成している。 As described above, the coating liquid is applied on the active material layer 3. Since the active material layer 3 is a layer containing particles of the active material, its surface is uneven. Therefore, the coating liquid easily accumulates in the concave portions on the surface of the active material layer 3. When the solvent evaporates in this state, the thickness of the coating film 14 becomes uneven. In other words, the thickness of the coating film corresponding to the concave portion on the surface of the active material layer 3 is large, and the thickness of the coating film corresponding to the convex portion is small. In the present production method, a large number of fine voids are formed in the surface layer 4a by utilizing the unevenness of the thickness of the coating film 14.
[0061] 本製造方法において、表面層 4aに多数の微細空隙が形成されるメカニズムは次の ように考えられる。塗膜 12が形成されたキャリア箔 11は電解めつき処理に付されて、 塗膜 14が形成されたキャリア箔 11は電解めつき処理に付されて、図 5 (h)に示すよう に塗膜 14上に表面層 4aが形成される。この状態を図 5 (h)の要部拡大図である図 6 に示す。塗膜 14を構成する導電性ポリマーは、金属ほどではないが電子伝導性を有 する。従って塗膜 14はその厚みに応じて電子伝導性が異なる。その結果、導電性ポ リマーを含む塗膜 14の上に電解めつきによって金属を析出させると、電子伝導性に 応じて電析速度に差が生じ、その電析速度の差によって表面層 4aに微細空隙 7が 形成される。つまり、電析速度の小さい部分、換言すれば塗膜 14の厚い部分が微細 空隙 7になりやすい。  [0061] In the present production method, the mechanism by which a large number of fine voids are formed in the surface layer 4a is considered as follows. The carrier foil 11 on which the coating film 12 is formed is subjected to electrolytic plating treatment, and the carrier foil 11 on which the coating film 14 is formed is subjected to electrolytic plating treatment, and is coated as shown in FIG. 5 (h). The surface layer 4a is formed on the film 14. This state is shown in FIG. 6 which is an enlarged view of a main part of FIG. 5 (h). The conductive polymer that forms the coating film 14 has electronic conductivity, though not so much as metal. Therefore, the coating 14 has different electron conductivity depending on its thickness. As a result, when a metal is deposited by electroplating on the coating film 14 containing a conductive polymer, a difference occurs in the deposition rate according to the electron conductivity, and the difference in the deposition rate causes the surface layer 4a to have a difference. Fine voids 7 are formed. In other words, a portion having a low electrodeposition rate, in other words, a thick portion of the coating film 14 is liable to become the fine void 7.
[0062] 塗工液に含まれる導電性ポリマーの濃度によって微細空隙 7の孔径ゃ存在密度を コントロールできる。例えば導電性ポリマーの濃度が薄い場合には孔径は小さくなる 傾向にあり、存在密度も小さくなる傾向にある。逆に、導電性ポリマーの濃度が濃い 場合には孔径は大きくなる傾向にある。この観点から、塗工液における導電性ポリマ 一の濃度は 0. 05— 5重量%、特に 1一 3重量%であることが好ましい。なお、導電性 ポリマーは、塗工法の他、浸漬法によっても活物質層 3上に施すことができる。  [0062] The pore size / existence density of the fine voids 7 can be controlled by the concentration of the conductive polymer contained in the coating liquid. For example, when the concentration of the conductive polymer is low, the pore size tends to decrease, and the existing density also tends to decrease. Conversely, when the concentration of the conductive polymer is high, the pore size tends to increase. From this viewpoint, the concentration of the conductive polymer in the coating liquid is preferably 0.05 to 5% by weight, particularly preferably 13 to 13% by weight. The conductive polymer can be applied on the active material layer 3 by a dipping method other than the coating method.
[0063] このようにして負極 10'が得られる。最後に図 5 (i)に示すように、負極 10'をキャリア 箔 11から剥離分離する。 [0064] 本発明は前記実施形態に制限されない。例えば、活物質粒子と電解液との反応活 性点を増やすために、レーザーやボンチ、針等を用いて負極の少なくとも一方の表 面において開孔し且つ活物質層の少なくとも一部にまで達する孔、或いは負極の厚 さ方向に延びる貫通孔を形成してもよ 、。 [0063] In this way, the negative electrode 10 'is obtained. Finally, as shown in FIG. 5 (i), the negative electrode 10 ′ is peeled off from the carrier foil 11. [0064] The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in order to increase the reaction active point between the active material particles and the electrolytic solution, a hole is formed on at least one surface of the negative electrode by using a laser, a bunch, a needle, or the like and reaches at least a part of the active material layer. A hole or a through hole extending in the thickness direction of the negative electrode may be formed.
[0065] また、前記の各実施形態の負極は、これを単独で用いることも可能であり、或いは 複数個を重ねて使用することも可能である。後者の場合、隣り合う負極間に、芯材と なる導電性箔 (例えば金属箔)を介在配置することも可能である。  Further, the negative electrode of each of the above embodiments can be used alone, or a plurality of the negative electrodes can be used in an overlapping manner. In the latter case, a conductive foil (for example, a metal foil) serving as a core material can be interposed between adjacent negative electrodes.
[0066] また前記実施形態においては表面層 4a, 4bは単層構造であった力 これに代えて 、少なくとも一方の表面層を 2層以上の多層構造にしても良い。例えば少なくとも一方 の表面層をニッケル (リチウム化合物の形成能の低!、元素)及びリチウム化合物の形 成能の高 、元素からなる下層と、銅(リチウム化合物の形成能の低 、元素)及びリチ ゥム化合物の形成能の高 、元素力 なる上層の 2層構造とすることで、活物質の体 積変化に起因する負極の著しい変形を一層効果的に防止することができる。表面層 が多層構造である場合、該表面層に含まれるリチウム化合物の形成能の低 、金属材 料の少なくとも 1種を、活物質層 3に浸透したリチウム化合物の形成能の低 、金属材 料と異種の材料とすることができる。或 、は各表面層に含まれるリチウム化合物の形 成能の低い金属材料のすべて力 活物質層 3に浸透したリチウム化合物の形成能の 低 ヽ金属材料と異種の材料でもよ ヽ。  In the above embodiment, the surface layers 4a and 4b have a single-layer structure. Alternatively, at least one of the surface layers may have a multilayer structure of two or more layers. For example, at least one surface layer is composed of nickel (low lithium compound forming ability, element) and lithium compound high forming ability, elemental lower layer, copper (low lithium compound forming ability, element) and lithium. By adopting a two-layer structure of an upper layer, which has a high ability to form a lithium compound and an elemental force, it is possible to more effectively prevent the negative electrode from being significantly deformed due to a change in the volume of the active material. When the surface layer has a multilayer structure, the ability to form a lithium compound contained in the surface layer is low, the ability to form a lithium compound penetrating at least one of the metal materials into the active material layer 3 is low, and the metal material is low. And different materials. Alternatively, any of the metal materials having a low ability to form a lithium compound contained in each surface layer may be a material having a low ability to form a lithium compound permeating the active material layer 3 and a material different from a metal material.
[0067] また表面層の構成材料と、活物質層 3中に浸透している材料とが異なる場合には、 活物質層 3中に浸透している材料は、活物質層 3と表面層との境界部まで存在して いてもよい。或いは、活物質層 3中に浸透している材料は、当該境界部を越えて表面 層の一部を構成していてもよい。逆に、表面層の構成材料が、当該境界部を越えて 活物質層 3内に存在して 、てもよ 、。  When the constituent material of the surface layer is different from the material penetrating into the active material layer 3, the material penetrating into the active material layer 3 is different from the material penetrating the active material layer 3 and the surface layer. May be present up to the boundary of. Alternatively, the material penetrating into the active material layer 3 may constitute a part of the surface layer beyond the boundary. Conversely, the constituent material of the surface layer may exist in the active material layer 3 beyond the boundary.
[0068] また、活物質層 4中に、リチウム化合物の形成能の低い材料を析出させる操作を、 異なる 2種以上のめっき浴を用いて行うことで、活物質層 4中に析出される金属材料 を、異なる 2種以上の多層構造とすることができる。  [0068] In addition, by performing an operation of depositing a material having a low ability to form a lithium compound in the active material layer 4 using two or more different plating baths, a metal deposited in the active material layer 4 is formed. The material can be two or more different multilayer structures.
[0069] また図 5に示す製造方法においては、表面層 4bの形成に際して被覆体 13を形成 せず、それに代えて、キャリア箔 11 (又は剥離層 12)の上に、先に述べた導電性ポリ マーを含む塗工液を塗布してその上に表面層 4bを形成することで、該表面層 4bに 多数の微細空隙を形成することもできる。その場合、キャリア箔 11の表面粗さ RaCFIS B 0601)は 0. 05— 5 μ m、特に 0. 2— 0. 8 μ mであること力 所望の径及び存在 密度を有する微細空隙を容易に形成し得る点力 好まし 、。 In the manufacturing method shown in FIG. 5, the cover 13 is not formed when the surface layer 4b is formed, and instead, the above-described conductive film is placed on the carrier foil 11 (or the release layer 12). Poly By coating the coating solution containing the polymer and forming the surface layer 4b thereon, a large number of fine voids can be formed in the surface layer 4b. In this case, the surface roughness RaCFIS B 0601) of the carrier foil 11 should be 0.05 to 5 μm, particularly 0.2 to 0.8 μm. The fine voids having the desired diameter and existing density can be easily formed. Point power that can be formed.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
以上、詳述した通り、本発明の非水電解液二次電池用負極によれば、充放電によ つて集電用表面層に微細空隙が形成される。この微細空隙は電解液の浸透及び活 物質粒子の脱落防止に十分な大きさを有するものである。その結果、活物質と電解 液とが充分に接触した上で、表面層によって活物質の脱落が防止され、また充放電 を繰り返しても活物質の集電性が確保される。更にこの負極を用いた二次電池は充 放電を繰り返しても劣化率が低くサイクル寿命が大幅に長くなり、充放電効率も高く なる。更に、心材としての導電性金属箔層、つまり従来の負極に用いられていた集電 体を用いな 、ので、従来の負極よりも負極全体に占める活物質の割合を高くすること ができる。その結果、単位体積当たり及び単位重量当たりのエネルギー密度の高い 二次電池を得ることができる。  As described above in detail, according to the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, fine voids are formed in the surface layer for current collection by charging and discharging. The fine voids are large enough to prevent the electrolyte from penetrating and to prevent the active material particles from falling off. As a result, after the active material and the electrolytic solution are sufficiently in contact with each other, the active layer is prevented from falling off by the surface layer, and the current collecting property of the active material is ensured even when charging and discharging are repeated. Further, the secondary battery using this negative electrode has a low deterioration rate even if charge and discharge are repeated, greatly increases the cycle life, and increases the charge and discharge efficiency. Further, since the conductive metal foil layer as the core material, that is, the current collector used for the conventional negative electrode is not used, the ratio of the active material in the entire negative electrode can be higher than that of the conventional negative electrode. As a result, a secondary battery having a high energy density per unit volume and per unit weight can be obtained.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] 電解液と接し且つ導電性を有する表裏一対の集電用表面層と、該表面層間に介 在配置された、リチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含む活物質層とを備 え、少なくとも一方の表面層がリチウム化合物の形成能の低い元素及びリチウム化合 物の形成能の高い元素を含んで構成されており、また集電用の厚膜導電体を有して [1] A pair of front and back current collecting surface layers that are in contact with the electrolytic solution and have conductivity, and an active material layer containing active material particles having a high ability to form a lithium compound interposed between the surface layers. In addition, at least one surface layer includes an element having a low ability to form a lithium compound and an element having a high ability to form a lithium compound, and has a thick-film conductor for current collection.
V、な 、ことを特徴とする非水電解液二次電池用負極。 V. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that:
[2] 前記表面層が、リチウム化合物の形成能の低い元素 50— 99. 9重量%及びリチウ ム化合物の形成能の高い元素 0. 1— 50重量%を含んで構成されている請求の範囲 第 1項記載の非水電解液二次電池用負極。 [2] The surface layer is configured to contain 50-99.9% by weight of an element having a low ability to form a lithium compound and 0.1-50% by weight of an element having a high ability to form a lithium compound. 2. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to item 1.
[3] リチウム化合物の形成能の低い元素がニッケル、銅、鉄又はコバルトであり、リチウ ム化合物の形成能の高い元素がスズ、亜鉛、アルミニウム又はインジウムである請求 の範囲第 1項記載の非水電解液二次電池用負極。 [3] The element according to claim 1, wherein the element having a low ability to form a lithium compound is nickel, copper, iron or cobalt, and the element having a high ability to form a lithium compound is tin, zinc, aluminum or indium. Anode for water electrolyte secondary battery.
[4] 少なくとも一方の前記表面層にその厚さ方向に延びて前記活物質層に到達し且つ 電解液の浸透が可能な多数の微細空隙が形成されている請求の範囲第 1項記載の 非水電解液二次電池用負極。 [4] The non-woven fabric according to claim 1, wherein at least one of the surface layers is formed with a large number of fine voids extending in the thickness direction thereof and reaching the active material layer, and through which an electrolyte solution can permeate. Anode for water electrolyte secondary battery.
[5] 前記微細空隙は、前記表面層の形成時に形成されたものである力、又は前記表面 層に含まれるリチウム化合物の形成能の高 、元素が充放電に起因して微粉ィ匕するこ とにより、該表面層に亀裂が生じることで形成されたものである請求の範囲第 4項記 載の非水電解液二次電池用負極。 [5] The fine voids are formed when the surface layer is formed, or have a high ability to form a lithium compound contained in the surface layer. 5. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the negative electrode is formed by forming a crack in the surface layer.
[6] リチウム化合物の形成能の高い活物質がシリコン系材料である請求の範囲第 1項 記載の非水電解液二次電池用負極。 6. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the active material having a high ability to form a lithium compound is a silicon-based material.
[7] 前記活物質層にお 、て、活物質の粒子間にリチウム化合物の形成能の低 、金属 材料が浸透して両表面層が電気的に導通しており、全体が一体として集電機能を有 している請求の範囲第 1項記載の非水電解液二次電池用負極。 [7] In the active material layer, the ability to form a lithium compound between particles of the active material is low, the metal material penetrates, and both surface layers are electrically connected, and the whole is collectively collected. 2. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which has a function.
[8] 前記表面層はそれぞれその厚みが 0. 3— 20 μ mである請求の範囲第 1項記載の 非水電解液二次電池用負極。 8. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein each of the surface layers has a thickness of 0.3 to 20 μm.
[9] 前記活物質層が、前記活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して形成されて いる請求の範囲第 1項記載の非水電解液二次電池用負極。 9. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the active material layer is formed by applying a conductive slurry containing particles of the active material.
[10] 前記表面層の少なくとも一方が、電解めつきによって形成されている請求の範囲第[10] The method according to claim 1, wherein at least one of the surface layers is formed by electrolytic plating.
1項記載の非水電解液二次電池用負極。 2. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to item 1.
[11] 前記表面層に含まれて 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料と、前記活物 質層に浸透して 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料とが、異種のものであ る請求の範囲第 1項記載の非水電解液二次電池用電極。 [11] The metal material contained in the surface layer has a low ability to form a lithium compound, and the metal material penetrates into the active material layer and has a low ability to form a lithium compound. 2. The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
[12] 前記表面層に含まれて 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料と、前記活物 質層に浸透して 、るリチウム化合物の形成能の低 、金属材料とが、同種のものであ る請求の範囲第 1項記載の非水電解液二次電池用電極。 [12] The metal material, which is included in the surface layer and has a low ability to form a lithium compound and has a low ability to form a lithium compound and penetrates into the active material layer, is of the same type. 2. The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
[13] 少なくとも一方の前記表面層が 2層以上の多層構造からなり、該多層構造の表面 層における各層の構成材料の少なくとも 1種が、前記活物質層に浸透して 、るリチウ ム化合物の形成能の低い金属材料と異種の材料である請求の範囲第 1項記載の非 水電解液二次電池用電極。 [13] At least one of the surface layers has a multilayer structure of two or more layers, and at least one of constituent materials of each layer in the surface layer of the multilayer structure penetrates the active material layer to form a lithium compound. 2. The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electrode is a material different from a metal material having low formability.
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